CN110794546A - 一种六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统及方法，外镜框和内镜框之间环向等距设有6个压电材料制作的压电致动器，其中相互间隔的3个压电致动器向内、外镜框一侧倾斜，另外3个压电致动器向内、外镜框另一侧倾斜。确定镜片要求的偏移位置姿态后，按照空间关系建立坐标矩阵，并对坐标矩阵反解，从而求出六个压电致动器伸长量，按照压电致动器的控制方法调节电压，使压电致动器达到理论连接长度，从而调节镜框姿态。本发明能够将完全固定的镜片进行一定范围内的微调，并且能够通过算法控制全自动调节，优化像质。
Description
技术领域
本发明属于光学成像系统技术领域，涉及一种适用于红外光学镜头的六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统及方法。
背景技术
压电材料作为一种新型的力—电转换材料，在精密驱动控制领域已经得到了广泛的使用，但在光学系统中应用较少。六轴并联机构作为一种典型的高精度高强度的驱动机构，在大型光学系统中应用较多，但因为其结构较大，无法应用到小型光学系统中。目前在小型光学系统中，对于单个镜片的空间位置姿态控制比较困难，只能依靠前期的结构加工和后期反复装调某几片敏感镜片来调节整个系统的成像效果，这种条件下镜片的位置误差通常在10um级以上，对于一些高要求的成像系统来说，显然不能满足要求。
发明内容
本发明的目的是解决目前存在的问题，利用压电致动器构建一个六轴并联驱动系统来精确控制小型光学系统中镜片的前后位置和偏角，提高成像质量。
为实现上述目的，本发明首先提供一种六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统，包括外镜框和带有镜片的内镜框，其特征在于：外镜框和内镜框之间环向等距设有6个压电致动器，其中相互间隔的3个压电致动器向内、外镜框一侧倾斜，另外3个压电致动器向内、外镜框另一侧倾斜；所述压电致动器采用压电材料制作，每个压电致动器的两端均为球面，外镜框和内镜框上与压电致动器的接触处均设有球形凹槽，压电致动器的端部支撑在外镜框和内镜框上的凹槽中。
上述六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统的调节方法如下：
(1)以镜片焦点为原点，以内镜框中心轴为Z轴建立空间直角坐标系；
(2)分别求出每个压电致动器与内镜框和外镜框的接触点在空间直角坐标系的坐标，并进一步根据坐标求出每个压电致动器的初始长度；
(3)确定镜片要求的偏移姿态后，按照空间关系建立每个压电致动器与内镜框接触点的坐标矩阵，并对坐标矩阵反解，从而求出要达到镜片要求的偏移姿态六个压电致动器所应达到的长度，从而求出每个压电致动器应有的伸缩量；
(4)对每个压电致动器施加一定电压，使其达到应有的伸缩量，从而使镜片达到要求的偏移姿态。
进一步，为实现镜框姿态自动调节，可采用以下方法：
将镜片的偏移姿态作为试验参数，确定试验参数的变化范围，采用正交试验法选定有限组试验参数，对每组试验参数，按照步骤(1)到(4)的方法对各压电致动器施加有限组的电压组合，分析试验结果并对试验结果优化，获得与每种偏移姿态对应的最优电压组合数据，将数据预存到系统中；需要调节镜片的姿态时，系统直接调用对应的数据并施加相应的电压，实现姿态自动调节。
本发明的优点是：
1、能够将完全固定的镜片进行一定范围内的微调，精度可以达到1um级；
2、能够在线调节镜片姿态；
3、通过算法控制能够全自动调节镜片姿态，优化像质。
附图说明
图1是本发明的六轴并联压电致动镜框平面结构示意图；
图2是本发明的六轴并联压电致动镜框立面结构示意图；
图3是本发明的六轴并联压电致动镜框立体结构示意图；
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明提供的一种六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统，包括外镜框1和带有镜片的内镜框2，外镜框1和内镜框2之间环向等距设有6个压电致动器3，其中相互间隔的3个压电致动器3向内、外镜框一侧倾斜，另外3个压电致动器向内、外镜框另一侧倾斜；所述压电致动器采用压电材料制作，每个压电致动器的两端均为球面，外镜框和内镜框上与压电致动器的接触处均设有球形凹槽，压电致动器的端部支撑在外镜框和内镜框上的凹槽中。
本发明的6个压电致动器采用压电材料制作，即可以通过施加电压实现伸缩的压电致动器；需要调节镜片姿态时，对每个压电致动器施加一定的电压，使其达到一定的伸缩量，实现镜片姿态微调。具体调节方法如下：
(1)如图3所示，以镜片焦点为原点，以内镜框中心轴为Z轴建立空间直角坐标系。
(2)分别求出每个压电致动器与内镜框和外镜框的接触点在空间直角坐标系的坐标，并进一步根据坐标求出每个压电致动器的初始长度。具体方法如下：
(21)设压电致动器与内镜框的接触点圆半径为r，每个压电致动器与内镜框的接触点到Z轴距离为m，求得内镜框上压电致动器的六个接触点坐标B1，B2，B3，B4，B5，B6；
(22)设压电致动器与外镜框的接触点圆半径为R，每个压电致动器与外镜框的接触点到Z轴距离为M，求得外镜框上压电致动器的六个接触点坐标A1，A2，A3，A4，A5，A6；
(23)根据下式1)求得每个压电致动器的初始长度为：
式1)中的n代表第几个压电致动器。
(3)确定镜片要求的偏移姿态后，按照空间关系建立每个压电致动器与内镜框接触点的坐标矩阵，并对坐标矩阵反解，从而求出要达到镜片要求的偏移姿态六个压电致动器所应达到的长度，从而求出每个压电致动器应有的伸缩量，具体方法如下：
(31)若镜片需要沿X轴平移距离n，则内镜框六个接触点坐标矩阵如下式2)：
式2)中的n为平移距离；
每个压电致动器应达到的伸长量如下式3)：
式3)中的n为代表第几个压电致动器。
(32)若镜片需要绕X轴旋转θ，则每个压电致动器与内镜框的接触点坐标变为式4)：
每个压电致动器应达到的伸长量为：
式4)、5)中的n为代表第几个压电致动器。
(4)对每个压电致动器施加一定电压，使其达到应有的伸缩量，从而使镜片达到要求的偏移姿态。该电压可经过预先测试，以达到最优效果。
具体实施时，为达到系统镜框姿态自动调节，可以采用以下方法：
将镜片的偏移姿态作为试验参数，预先确定试验参数的变化范围，包括镜片三个方向平移量和旋转量的范围；采用正交试验法选定有限组试验参数，对每组试验参数，按照步骤(1)到(4)的方法对各压电致动器施加有限组的电压组合，观察特制的高对比度目标靶，对已知的靶内一条分界线的成像效果进行分析，按照锐化效果评定各组电压组合，对试验结果优化，从而获得与每种偏移姿态对应的最优电压组合数据，将数据预存到系统中；需要调节镜片的姿态时，系统直接调用对应的数据并施加相应的电压，实现镜片姿态自动调节。
进一步，还可通过通信接口将系统与其他控制设备连接，实现镜片姿态的在线自动调节。
Claims (3)
1.一种六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统，包括外镜框和带有镜片的内镜框，其特征在于：外镜框和内镜框之间环向等距设有6个压电致动器，其中相互间隔的3个压电致动器向内、外镜框一侧倾斜，另外3个压电致动器向内、外镜框另一侧倾斜；所述压电致动器采用压电材料制作，每个压电致动器的两端均为球面，外镜框和内镜框上与压电致动器的接触处均设有球形凹槽，压电致动器的端部支撑在外镜框和内镜框上的凹槽中。
2.一种权利要求1所述的六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统的调节方法，其特征在于：
(1)以镜片焦点为原点，以内镜框中心轴为Z轴建立空间直角坐标系；
(2)分别求出每个压电致动器与内镜框和外镜框的接触点在空间直角坐标系的坐标，并进一步根据坐标求出每个压电致动器的初始长度；
(3)确定镜片要求的偏移姿态后，按照空间关系建立每个压电致动器与内镜框接触点的坐标矩阵，并对坐标矩阵反解，从而求出要达到镜片要求的偏移姿态六个压电致动器所应达到的长度，从而求出每个压电致动器应有的伸缩量；
(4)对每个压电致动器施加一定电压，使其达到应有的伸缩量，从而使镜片达到要求的偏移姿态。
3.根据权利要求2所述的六轴并联压电致动镜框姿态自动调节系统的调节方法，其特征在于：将镜片的偏移姿态作为试验参数，确定试验参数的变化范围，采用正交试验法选定有限组试验参数，对每组试验参数，按照步骤(1)到(4)的方法对各压电致动器施加有限组的电压组合，分析试验结果并对试验结果优化，获得与每种偏移姿态对应的最优电压组合数据，将数据预存到系统中；需要调节镜片的姿态时，系统直接调用对应的数据并施加相应的电压，实现姿态自动调节。
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| TW564791U (en) * | 2002-12-25 | 2003-12-01 | Suo-Hung Jang | A parallel six degrees-of-freedom nano-positioning stage |
| CN101048690A (zh) * | 2004-10-26 | 2007-10-03 | 株式会社尼康 | 光学装置、镜筒、曝光装置、以及器件制造方法 |
| CN102621651A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-08-01 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种动镜微调整方法 |
| CN104076616A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-10-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三叶像差变形镜装置 |
| CN108292074A (zh) * | 2015-12-08 | 2018-07-17 | 剑桥机电有限公司 | 对sma致动装置的控制 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW564791U (en) * | 2002-12-25 | 2003-12-01 | Suo-Hung Jang | A parallel six degrees-of-freedom nano-positioning stage |
| CN101048690A (zh) * | 2004-10-26 | 2007-10-03 | 株式会社尼康 | 光学装置、镜筒、曝光装置、以及器件制造方法 |
| CN102621651A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-08-01 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种动镜微调整方法 |
| CN104076616A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-10-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三叶像差变形镜装置 |
| CN108292074A (zh) * | 2015-12-08 | 2018-07-17 | 剑桥机电有限公司 | 对sma致动装置的控制 |
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